西门子

Simcenter Testlab助力一汽解放解决整车抖动问题

故事摘要
    业务诉求
        车辆在行驶时，动力总成是一个重要的振动激励源，其弯曲和扭转特性直接影响整车的声振特性，严重的可能会造成共振破坏和疲劳损伤等。某款商用车原地升转速到2000r/min左右抖动明显，引起了客户的抱怨。
    解决方案
        为找出该款商用车2000r/min左右共振的原因，从根本上解决共振问题，采用西门子试验模态法与有限元模态分析法相结合的方法，对其动力总成进行工作模态测试，通过计算对比分析找出最优方案并对改进样件进行验证测试。
    实施效果：
        利用西门子SimcenterTMTestlabTM software进行动力总成工作模态测试，发现动力总成存在共振问题，而飞轮壳弯曲刚度低是导致动力总成共振的原因。优化后，显示在 2000r/min左右共振现象基本消除，共振峰移至非常用转速段内，解决了客户的振动抱怨问题。

企业背景介绍

        一汽解放汽车有限公司是中国第一汽车股份有限公司旗下一汽解放集团股份有限公司的全资子公司，是中重、轻型卡车及客车制造企业。“解放”品牌价值提升至1077.82亿元，连续11年领跑中国商用车卡车品牌。

企业亟待解决的业务问题

        某款商务车车型研发过程中，存在发动机原地升转速到2000r/mmin左右车身抖动明显的问题，严重的车身抖动问题可能会造成共振破坏和疲劳损伤，并会引起客户的抱怨。为了不影响研发进度，研发团队急需利用专业的诊断工具，找出抖动问题的原因，并提出切实有效的解决方案。

企业应用实践与探索

企业与西门子工业软件的合作历程:

        一汽解放与西门子已经有超过15年的合作历史，从研发工具到工程服务，从数字化工艺平台 (DPS)到电子电气研发全生命管理平台 (ELM)，双方在长期的合作中建立了深厚的信任关系，未来双方将继续深化合作，携手推进中国交通运输行业高质量发展。

解决方案实际应用情况与探索:

        对整车动力总成 (发动机、离合器、变速箱) 进行工作模态测试，采用西门子Simcenter Testlab 测试系统，包括3向PCB加速度传感器、16通道SCADAS数据采集系统。如图1所示，为满足模态振型的完整和测试效率，对整车动力总成布置10个测点，建立试验模型!(图2) ，进行工作模态测试。

图1.测点布置

图2.测试模型

        根据图3工作模态测试结果分析可知及振型确认，动力总成在66.4Hz存在一阶弯曲模态，振型如图4所示。从动力总成的模态振型图分析可知，动力总成中，飞轮壳、离合器壳、变速箱的相对变形量要比其前部发动机端大得多。进一步分析可知，由于飞轮壳与发动机连接处截面形状发生突变，当飞轮壳与发动机连接处刚度较低时将导致动力总成后部振型被放大。综上所述，动力总成共振的主要原因是发动机与飞轮壳连接部位结构的抗弯刚度比较差，在设计时应予以改进，通过结构设计提高其抗弯刚度。

图3.模态参数提取

图4.66.4Hz弯曲模态振型

实施成效:

        动力总成模态频率偏低的原因是由于飞轮壳和离合器壳的连接刚度低造成的，也是导致动力总成共振的主要原因。消除动力总成共振的有效措施是提高动力总成的抗弯刚度，即通过对飞轮壳薄弱部分加筋.增厚等的措施来增加其弯曲刚度，提高固有频率，从而避开共振转速区间。将采用优化方案飞轮壳进行装车验证，测点与原状态飞轮壳相同，从图5中可知，更换了优化方案的飞轮壳后，动力总成在2000r/min左右的共振峰基本消失，振幅由1.5mm/s2降至0.8m/s2。共振峰转移到2500r/min以上的非常用转速区间。车身抖动问题得到了切实有效的解决。

图5.改进前后车内地板测点振动对比

实施企业反馈与点评:

        得益于西门门子数字化工业软件SimcenterTestlab解决方案，为我们的商用卡车的研发节约了2 千万元人民币的研发成本。

间鑫 车身部高级工程师

中国一汽技术中心

未来合作期望:

        “同舟共济扬帆起,乘风破浪万里航”，相信通过与西门子深度互信的合作，一汽将在行业数字化转型赛道占得发展先机。不远的将来，我们还期待能够与更多整车制造厂商成为合作伙伴，借助工业制造数字化转型的“东风”，推动中国汽车行业发展书写新的篇章。